(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（１３）の周囲に複数の羽根（１４）を半径方向に設け、流入口（２５）と流出口（２６）間に設けた計量室（２０）に収容され、流入口（２５）から流入する流体を前記羽根（１４）に対して接線方向から当たるようにして回転させて流量の計測に使用する羽根車本体（１１）と、錘部材（１２）とからなり、
前記錘部材（１２）が、羽根車本体（１１）の回転軸（１３）の先端から嵌入して羽根（１４）の上部に当接させて固定した円板状のものである計量用羽根車。
【請求項２】
回転軸（１３）の周囲に複数の羽根（１４）を半径方向に設け、流入口（２５）と流出口（２６）間に設けた計量室（２０）に収容され、流入口（２５）から流入する流体を前記羽根（１４）に対して接線方向から当たるようにして回転させて流量の計測に使用する羽根車本体（１１）と、錘部材（１２）とからなり、
前記錘部材（１２）が、羽根車本体（１１）の回転軸（１３）に直接形成して羽根（１４）の上部に当接させて固定した円板状のものである計量用羽根車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流量の計測に用いられる羽根車に関し、特に、水道メーターの羽根車に使用するのに好適な計量用羽根車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、計量法の技術基準は、国際規格（ＯＩＭＬ、ＩＳＯ）への整合が求められている。そのため、例えば水道メーターでは、国際規格と整合を図った新技術基準（ＪＩＳ Ｂ８５７０）への適応が求められており、より一層の精度の向上が要求されている。
【０００３】
このような問題を解決する一つの方法として、例えば（特許文献１）には、単箱式接線流羽根車式水道メーターの計量室（羽根車室）の上部空間に、水道水の流れを抑制する矩形状の抵抗板を設けたものが記載されている。
【０００４】
このメーターは、流量が少ないと計量室の上部に空隙が発生する。この空隙には、計量室に流入した水道水が羽根に衝突した際に渦流が発生する。このとき、この上部空隙に発生する渦流を抵抗板で抑制して羽根車の回転数を落とし、小流量域で発生するピーク流域における器差のプラス傾向を小さくする。また、前記抵抗板に円弧状の開口を設け、その開口に半円形状の調整板を回動自在に取り付けて開口面積を調整可能とすることにより、器差調整を容易としたものである。
【０００５】
ところが、このように計量室に抵抗板を設けたものでは、小流量域の器差の改善はできるが、これ以外の流量域の改善は難しく、新技術基準への対応には問題がある。
【０００６】
この問題を解決する方法として、例えば、（特許文献２）には、レジスタボックスの上抵抗器と羽根車の形状を工夫することにより、国際規格に適合できるようにした接線流羽根車式水道メーターが記載されている。
【０００７】
このメーターでは、以下の構成を２つ以上組み合わせることにより、全流量域に亘って平坦な器差性能が得られるようにするというものである。
１．レジスタボックスの外底面の径方向に設けた上抵抗器を計量室の直径より上抵抗器の外径を小さくして、計量室の周面と上抵抗器との間に流体通過領域を形成する。こうすることで、大流量域における流量抵抗を低減して羽根車の回転効率を向上し、大流量域における器差を＋方向へと移行する。
２．上抵抗器の高さを低くする。こうすることで、大流量域、小流量域ともに流量抵抗を低減して、羽根車の回転効率を向上させることができる。しかし、この変化は小流量域より大流量域において顕著に現れるため、相対的に大流量域における器差を＋方向へと移行する。
３．上抵抗器の高さに、計量室の中心寄りより外周寄りの方が低い段差を設ける。こうすることで、大流量域における流量抵抗を低減させ、大流量域における羽根車の回転効率を向上し、大流量域における器差を−方向へと移行する。
４．羽根車の羽根板に設ける切欠きの面積を小さくする。こうすることで、切欠きの面積を小さくした羽根車は、小流量域における流量抵抗が増大して小流量域における羽根車の回転効率を低下し、小流量域における器差を−方向へと移行する。
【特許文献１】特開２００４−５３４７１号公報
【特許文献２】特開２００２−３１０７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記の方法では、流量域ごとに器差の調整ができるので、簡単に器差を全流量域で平坦にできるように考えられる。しかしながら、逆に、流量域ごとに調整をしなければならないので、調整点の組み合わせが多く、最適な調整点を見つけるのが難しい問題がある。
【０００９】
また、このとき、調整された器差は、流体の通過領域を形成したり、上抵抗器の高さを調整したり、羽根車の羽根板の面積を調整したりして、個々の部材を個別に調整して得た器差を合成したものとなる。そのため、調整した流量域と流量域の遷移部分で、器差が不連続となり調整が上手くできない問題も考えられる。
【００１０】
さらに、このとき、調整のために羽根車や上抵抗器などの異なる複数の部材の設計を修正しなければならないので、コストも高くなる問題もある。
【００１１】
そこで、この発明の課題は、調整に複数の部材を使用すること無く、器差を全流量域でフラットに、かつ、器差の値も小さくすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため、この発明では、回転軸の周囲に複数の羽根を半径方向に設け、流入口と流出口間に設けた計量室に収容され、流入口から流入する流体を前記羽根に対して接線方向から当たるようにして回転させて流量の計測に使用する羽根車に、錘部材を設けた構成を採用したのである。
【００１３】
このような構成を採用することにより、流入口から計量室内に流れ込んだ流体によって羽根車が回ることで計量室内には渦が発生する。渦は流れ込む流体が小流量の場合は小さく、計量室内で滞留する。そのため、その滞留によって羽根車は浮き上がろうとするが、その羽根車の浮き上がりを錘部材の荷重によって阻止する。このように浮き上がりを阻止することで、浮き上がった羽根車がカラ回りするのを防止して、器差のピークを抑制することができる。一方、大流量では、計量室は流体で満たされ渦は大きくなる。このとき、流体は羽根車の中心に向かって流れ込んで、羽根車を沈み込ませる状態となり、浮き上がりは無くなる。その際、錘部材の荷重は、満たされた流体により羽根車が受ける浮力と相殺され、錘部材の荷重による誤差を少なくして器差を小さくできる。また、中流量では、錘部材の荷重による羽根車の浮き上がりの阻止と、羽根車が受ける浮力とが釣り合って、器差にピークを生じないようにできる。例えば、中流量域内では、流量が減って水の流れが遅くなると、計量室内に滞留する水の量が増えて羽根車を浮き上がらせる浮力が増えるが、その羽根車の浮き上がりを錘部材の荷重が阻止する。逆に、流量が増えて水の流れが速くなると、渦が大きくなって羽根車を沈み込ませる状態となり、錘部材の荷重は、羽根車が受ける浮力と相殺される。このように、錘部材の荷重と浮力とが釣り合って器差を生じないようにバランスを取ることができるので、全流量域に亘って器差の少ないフラットな特性を得ることができる。
【００１４】
このとき、錘部材をリング状として計量用羽根車の回転軸に設けた構成を採用することができる。
【００１５】
このような構成を採用することにより、リング状の錘を回転軸に設けたことで、錘の荷重が偏らないようにして羽根車の回転軸に付与することができる。このとき、回転軸は、羽根車の重心と一致する（同軸上）ので、例えば、羽根車の回転をブレさせることも無い。
【００１６】
また、このとき、リングを円板状とした構成を採用することができる。
【００１７】
このような構成を採用することにより、錘部材の荷重による器差のピークの抑制に加え、特に、小流量の場合に、板状の錘部材の板面が計量室内で滞留した流体に抗して上下方向への移動を難しくするので、羽根車の浮き上がりを防止することができる。また、円板状の錘部材の慣性モーメントも器差のピークを抑制するので、全流量域に亘ってフラットな特性を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明は、上記のように構成したことにより、羽根車に錘部材を設けるだけで、器差を全流量域でフラットに、かつ、器差の値も小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１（ａ）、（ｂ）に示すものは、この発明に係る計量用羽根車（以下、羽根車）１０で、羽根車本体１１に錘部材１２を設けた構成となっており、水道メーターＭに使用するものである。
【００２１】
この樹脂製の羽根車本体１１は、回転軸１３の周囲に複数の羽根１４を半径方向に設けたもので、この形態では、七枚の板状のものを回転軸１３の後端に等間隔で回転軸１３と並行に設けてある。また、回転軸１３の後端面には穴１５が設けてあって、後述の計量室２０に設けたピボット軸２１を嵌入するようになっている。そのため、穴１５の先端は円錐状に形成してあってピボット軸２１が回動自在に支持できるようになっている。一方、回転軸１３の先端には、キャップ１７を被せて磁石１６を封入することで、後述のように水道メーターＭの流量の検出ができるようにしてある。
【００２２】
錘部材１２は、図１では、円板状のものを採用しており、例えば、樹脂板をドーナツ状に形成したものを羽根車本体１１の回転軸１３の先端から嵌入して羽根１４の上部に当接させて固定（例えば、接着、溶着など）したものである。なお、この形態では、羽根車１０と錘部材１２とを別体に設けたものについて述べたが、これに限定されるものでは無い。例えば、羽根車本体１１の回転軸１３に錘部材１２を直接形成するようにしても良い。
【００２３】
この形態は、上記のように構成されており、この羽根車は、例えば図２のように、水道メーターＭの計量室２０に収容することで使用する。すなわち、図２のメーターＭは、接線流羽根車式単箱型のメーターＭで、下ケース２２、指示ユニット２３、上ケース２４で構成されており、図３のように下ケース２２の流入口２５と流出口２６の間に形成される外箱を兼ねた計量室２０に羽根車１０を収容する。このとき、計量室２０には、ピボット軸２１が設けられており、このピボット軸２１に羽根車１０の回転軸１３を後端面の穴１５から嵌入することで羽根車１０を回動自在に支持する。一方、計量室２０に収容した羽根車１０の上方に、指示ユニット２３を嵌合して、指示ユニット２３内に設けたマグネット歯車と羽根車１０の回転軸１３先端の磁石１６を指示ユニット２３の底面を介してカップリングする。このように、磁石（マグネット）１６によるカップリングを行うことで、羽根車１０の回転を指示ユニット２３内の歯車機構に伝達し、メーターによる計量ができるようになっている。この指示ユニット２３を嵌合した下ケース２２にはガスケットなどを装着して上ケースを取り付ける。
【００２４】
こうして羽根車１０をセットした水道メーターＭは、計量室２０の横断面が円形であるため、計量室２０内に流れ込んだ水道水は、計量室２０の壁に沿って渦を巻くような水流となって流出口２６から流れ出る。その際、計量室２０内を通過する水道水が羽根車１０を回転させるが、このように羽根車１０が回ることにより渦を発生する。このとき、流入する水道水の量が少ない小流量域の場合は、発生する渦は小さくなる。その結果、水道水は計量室２０全体に滞留した状態となり、羽根車１０は浮き上がろうとする。その際、羽根車１０の浮き上がりを錘部材１２の荷重によって阻止する。このように、浮き上がりを阻止することで、羽根車１０のカラ回りを防止して器差のピークの発生を抑制することができる。さらに、このとき、円板状の錘部材１２の板面が計量室２０内で滞留する水に抗して上下方向への移動を難しくするので、羽根車の浮き上がりを防止する。
【００２５】
一方、大流量が流れる大流量域では、羽根車１０の回転は速くなって渦は大きくなり、計量室２０の中心に向かって流れ込む。そのため、羽根車１０は、下方に沈み込む状態となり、羽根車１０の浮き上がりは無くなる。このとき、錘部材１２の荷重は、満たされた水から受ける羽根車１０の浮力によって相殺され、錘部材１２の影響による誤差の発生を防止し、安定して回転させることができるので、器差を減少できる。このとき、円板状の錘部材１２は、慣性モーメントにより、羽根車１０の回転を安定させるので、器差のピークの発生を抑制し、よりフラットな特性を得ることができる。
【００２６】
また、流量が中流量の場合は、錘部材１２の荷重と、羽根車１０の受ける浮力とを相殺してバランスを取ることができるので、器差のピークを生じない。また、円板状の錘部材１２の慣性モーメントも器差のピークを抑制するので、フラットな特性を得ることができる。
【００２７】
このように、小流量域、中流量域及び大流量域で器差を小さくするので、全流量域に亘って器差の少ないフラットな特性を得ることができる。
【実施例１】
【００２８】
実施例１は、図４のように、リング状の錘部材１２を取り付けた羽根車１０を使用したもので、図５のように、接線流羽根車式複箱型のメーターＭに適用したものである。複箱型のメーターＭは、計量室２０を構成するインナーケース３０を有するもので、インナーケース３０の周囲には、複数の流出口２６と流入口２５とが上下に設けてあって、その間に形成された計量室２０に羽根車１０を収容する。
【００２９】
また、インナーケース３０には、実施形態の単箱型と同様に、ピボット軸２１が設けてあって、このピボット軸２１に回転軸１３を後端面の穴１５から嵌入することで羽根車１０を回動自在に支持する。一方、羽根車１０の上方には指示ユニット２３を嵌合し、指示ユニット内２３に設けたマグネット歯車と羽根車１０の回転軸１３先端の磁石１６を指示ユニット２３の底面を介してカップリングすることで、メーターによる計量ができるようになっている。
【００３０】
この実施例１は、上記のように構成されており、羽根車１０をセットしたインナーケース３０には、インナーケース３０の下方の周囲に設けた複数の流入口２５から計量室２０内に水道水が流れ込む。そして、この流れ込んだ水道水は、計量室２０の壁に沿って渦を巻くように上昇し、上方に設けた流出口２６から流れ出る。そのため、流入口２５から流入する水道水の流量が少ない小流量域では、羽根車１０は、上方の流出口２６へ向かって上昇する水道水と一緒に浮き上がろうとする。このとき、羽根車１０は、リング状の錘部材１２の荷重によって押さえられ、浮き上がることが阻止される。（このとき、円板型の錘部材１２を使用していると、円板は水の上昇する流れを受けて羽根車１０が浮き上がるのを加速してしまう）。
【００３１】
一方、大流量が流れる大流量域では、計量室２０は水道水で満たされることになる。そのため、満たされた水道水から受ける浮力によって錘部材１２の荷重は相殺される。また、羽根車１０は大流量によって高速で回転することになる。その際、回転軸１３に取り付けたリング状の錘部材１２は、荷重が一方に偏らず、羽根車１０の重心（回転軸上）と一致するので、羽根車１０の回転をブレさせることは無い。その結果、羽根車１０は安定して回転することができるので、器差を生じることは無い。また、流量が中流量の場合は、錘部材１２の重さと、羽根車１０が受ける浮力とが相殺し合って、バランスを取ることができるので、器差のピークを生じない。
【実施例２】
【００３２】
この実施例２は、本願の羽根車１０の開発に際し、羽根車１０の形状について、異なる形態のものを試作し、実験による比較検討を行ったので、その結果を示すことで、本願の羽根車１０の有効性を提示する。
【００３３】
まず、試作に際して、従来の水道メーターの器差特性は、小流量域においてプラス（ピーク）となる傾向があることに着目した。そして、このピーク特性を極力抑えることにより、小流量域から大流量域までの全域において、新技術基準（以下、ＪＩＳ基準）に沿ったフラット化を実現することにした。そのため、以下のように試作１，２を行って、器差を測定した。
【００３４】
測定には、基準タンク６０と通水試験台６１を使用した。基準タンク６０は、１００リットルの液体メーター用のものでゲージグラス付のものである。また、通水試験台６１は、メーターの連結最大個数が２４台（内捨てメータ４台）のもので、使用水圧範囲は０．２ＭＰａ〜０．７ＭＰａであった。そして、そのタンク６０に、図６のように、バルブ６２及び流量計６３を介して本願の羽根車１０をセットした水道メーター（試作メーター）Ｍを接続し、以下の１〜１１の手順に従って測定を行った。
【００３５】
１．試験（試作）メーター（以下、メーター）Ｍを通水試験台に取り付ける。
２．メーターＭの内部に水道水を供給し、エアー抜きを実施する。
３．流量計６３で試験流量に設定を行ったのち、バルブ６２を閉める。
４．基準タンク６０の水位をゲージグラスで「０」に合わせる。
５．メーターＭの指示数を読み取り、記録する（始まり指示数）。
６．３で閉めたバルブ６２を開き、通水を開始する。
７．流量に応じて任意に取り込み量を定めた容量まで通水を行う。
８．ゲージグラスの水位を確認しながら、任意の取り込み量のところでバルブ６２を閉
める。
９．メーターＭの指示数を読み取り、記録する（止まり指示数）。
１０．次の式により器差を算出する。
器差（％）＝［（「止まり指示数」−「始まり指示数」）−「取り込み量」］／
「取り込み量」×１００
１１．それぞれの流量ごとに３〜１０の手順を繰り返し実施し、器差を算出する。
このようにして測定した結果を以下に示す。
【００３６】
試作１は、図７（ａ）に示すような、従来の乾式２０ｍｍの水道メーターで使用している従来の羽根車１の羽根２の下部を一部切削３したものである。結果は、図７（ｂ）のように、ピークを生じて、図中ＡのＪＩＳ基準の要求事項を満たすことはできなかった。
【００３７】
試作２は、図８（ａ）に示すような、従来の乾式２０ｍｍの水道メーターで使用している羽根車１の羽根２の上部を一部切削４したものである。結果は、試作１と同様、図８（ｂ）に示すように、ピークを生じて、図中ＡのＪＩＳ基準の要求事項を満足することはできなかった。
【００３８】
試作１，２の結果より、羽根車１の軽量化は、羽根車１全体の重量が軽くなるため、羽根車１が水に浸かった状態では水から受ける浮力により浮き上がり始める時間が早くなる。そのため、ピークが発生し易いと考えられる。また、図７（ｂ）と図８（ｂ）のグラフから、大流量域においても安定した器差は得にくい状態であることが分かった。以上の結果から、軽量化では無く重量を増加することで、ＪＩＳ基準の要求事項が満足できるか試作３〜６を行った。
【００３９】
試作３では、図９（ａ）のように、従来型の乾式２０ｍｍの水道メーターで使用している羽根車１に直径１４ｍｍ、厚さ３ｍｍ、重さ０．４１ｇのリング状の錘部材１２を塩化ビニルで作成し、回転軸１３に取り付けて本願の羽根車１０を作成し、器差の測定を行った。結果は、図９（ｂ）に示すように、小流量域のピークを抑えて図中ＡのＪＩＳ規準の要求事項を満足できた。しかしながら、器差をフラットにすることはできなかった。
【００４０】
試作４では、試作３のリングに替えて直径１５ｍｍ、厚さ３ｍｍ、重さ０．５０ｇのリング状の錘部材１２を塩化ビニルで作成し、回転軸１３に取り付けて器差の測定を行った。結果は、図９（ｃ）のように、小流量域から大流量域の全域についてフラット化を実現できた。また、図中ＡのＪＩＳ規準の要求事項を満足できた。しかしながら、水道メーターＭの初期の感度（始動流量：水道水が微小流量で流れたときに、表示機構に取り付けている回転指標が回転するときの流量）が、羽根車１０の重量を重くすることで悪くなる傾向にあることが分かった。
【００４１】
試作５では、図１０（ａ）のように、従来型の乾式２０ｍｍの水道メーターで使用している羽根車１に直径１６．４ｍｍ、厚さ２ｍｍ、重さ０．３６ｇのリング状の錘部材１２を塩化ビニルで作成し、回転軸１３に取り付けて本願の羽根車１０を作成し、器差の測定を行った。結果は、図１０（ｂ）に示すように、器差特性は全域でフラットにできたが、器差は全域でプラス傾向にシフトした。始動流量については問題を回避できた。
【００４２】
試作６では、試作５の結果から試作５の錘部材１２に替えて、直径１６．２ｍｍ、厚さ２ｍｍ、重さ０．３５ｇのリング状の錘部材１２を塩化ビニルで作成し、回転軸１３に取り付けて器差の測定を行った。結果は、図１０（ｃ）に示すように、ＪＩＳ規準を満足することができた。始動流量も確実に得ることができた。また、小流量域から大流量域の全域で安定した器差特性を得ることができた。
【００４３】
以上の結果から、錘部材１２を設けることで、小流量域から大流量域の全域に亘り羽根車１０全体のバランスを一定に保って安定した器差特性を得られることが分かった。このように本願の羽根車１０は器差を全流量域でフラットに、かつ、器差の値を小さくするのに非常に有効であることが分かった。
【実施例３】
【００４４】
実施例３は、本願羽根車１０の他の態様を示すものである。すなわち、錘部材１２の形態と錘部材１２の回転軸１３への形成方法は、例えば、羽根車１０を収容する計量室２０の形状あるいは流入口２５及び流出口２６の形状や位置などにより、最適なものに変更する必要がある。そのため、図１１〜図１５に代表的な例を示す。
【００４５】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、円板状の錘部材１２の回転軸１３への設置位置と厚みを変えたものである。こうすることで、羽根車１０に加わる錘部材１２の重心の位置を変更して羽根車１０に加わる荷重を調節できるようにしたものである。図１２（ａ）〜（ｆ）は、錘部材１２の形状を円板から円錐状に変更することで、荷重を調整できるようにしたものである。
【００４６】
図１３（ａ）、（ｂ）は、流体の抵抗なども考慮して錘部材１２の断面形状を円から多角形（図１３では四角形）に変更したものである。また、図１４（ａ）、（ｂ）は、錘部材１２を羽根の間に形成したもので、図１５（ａ）は錘部材１２に段差を設けたものである。また、図１５（ｂ）は平板な錘部材１２を並行に設けたもの、図１５（ｃ）は曲面を設けて流体との相互作用を考慮したものである。
【００４７】
なお、実施形態及び実施例では本願の羽根車１０を流体として水道水を使用する水道メーターＭに使用したものについて述べたが、これに限定されるものでは無い。例えば、水道水以外の気体や水以外の流体の流量計測にも使用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】（ａ）実施形態の平面図、（ｂ）実施形態の断面図
【図２】実施形態の分解斜視図
【図３】実施形態の断面図
【図４】実施例１の分解斜視図
【図５】実施例１の断面図
【図６】実施例２の測定方法の作用説明図
【図７】（ａ）、（ｂ）実施例２の作用説明図
【図８】（ａ）、（ｂ）実施例２の作用説明図
【図９】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）実施例２の作用説明図
【図１０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）実施例２の作用説明図
【図１１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）実施例３の側面図
【図１２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）実施例３の側面図
【図１３】（ａ）、（ｂ）実施例３の側面図
【図１４】（ａ）、（ｂ）実施例３の側面図
【図１５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）実施例３の側面図
【符号の説明】
【００４９】
１０  羽根車
１１  羽根車本体
１２  錘部材
１３  回転軸
１４  羽根
２０  計量室
２５  流入口
２６  流出口
Ｍ  水道メーター
【図１】
0005188270.tif 000002
【図２】
0005188270.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005188270.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005188270.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0005188270.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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